단백질 부분이 제대로 작동하려면 실제로 흔들리고 흔들려야 한다는 새로운 연구 결과가 나왔습니다.

단백질 부분이 제대로 작동하려면 실제로 흔들리고 흔들려야 한다는 새로운 연구 결과가 나왔습니다.
날짜:
2022년 7월 15일
원천:
존스 홉킨스 의학
요약:
과학자들은 단백질의 흔들림, 흔들림 및 떨림이 기능 능력에 중요한 역할을 한다는 증거를 추가하기 위해 단백질의 원자 구조를 조사했다고 보고합니다. 연구 결과는 과학자들이 단백질의 복잡한 '춤'을 변형하거나 방해하여 기능을 변경할 수 있는 신약을 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Johns Hopkins Medicine 과학자들은 단백질의 흔들림, 흔들림 및 떨림이 기능 능력에 중요한 역할을 한다는 증거를 추가하기 위해 단백질의 원자 구조를 조사했다고 보고합니다. 연구 결과는 과학자들이 단백질의 복잡한 "춤"을 변형하거나 방해하여 기능을 변경할 수 있는 신약을 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다.

연구진의 실험 결과는 Science Advances 7월 15일자에 게재될 예정이다 .

단백질은 DNA에서 발견되는 청사진이 있는 유기 화합물이며 생물학의 "사업 목적"으로 기능하며 세포 내에서 화학적 변화를 조정하는 효소와 함께 조직의 구조적 구성 요소를 구성합니다.

단백질이 흔들리고 움직인다는 것은 오랫동안 알려져 왔지만 과학자들은 이 "춤추는" 행위의 중요성에 대해 논쟁을 벌여왔다고 Johns Hopkins University School of Medicine의 생물물리학 및 생물물리학 화학 부교수인 Dominique Frueh 박사는 말합니다. "단백질이 적시에 올바른 파트너와 결합하는 방식, 본질적으로 의사소통 방식은 ​​단백질의 기능을 이해하는 데 매우 중요하며, 단백질 흔들림이 이러한 의사소통에 중요하다는 것을 발견했습니다."라고 그는 말합니다.

이러한 이해를 돕기 위해 Frueh의 팀은 비리보솜 펩타이드 합성효소(nonribosomal peptide synthetases)라고 불리는 효소의 일종인 HMWP2 단백질의 흔들리는 작용을 연구했습니다. 이 효소는 작은 화학 물질로 복잡한 천연 제품을 만들기 위해 조립 라인처럼 함께 작동하는 여러 영역 또는 별개의 영역으로 구성됩니다.

이러한 천연 제품은 종종 국소 항생제 연고에서 발견되는 바시트라신과 같은 약학적 특성을 가지고 있습니다. HMWP2의 경우 그 제품은 요로감염에서 발견되는 대장균(Escherichia coli)을 비롯한 박테리아에 대한 철 분자를 소거하는 분자인 여시니아박틴(Yersiniabactin)과 선페스트를 유발하는 박테리아인 페스트균(Yersinia pestis)입니다.

Frueh는 단백질 도메인이 함께 작동하는 방식을 이해하면 과학자들이 도메인을 수정하여 새로운 화학 물질을 생성할 수 있다고 말합니다.

일반적으로 팀은 HMWP2 효소의 한 도메인을 광범위하게 흔들면 해당 도메인이 한 번에 여러 파트너 도메인과 연결할 수 있는 프로세스가 시작된다는 것을 발견했습니다.

단백질 운동의 중요성을 결정하기 위해 과학자들은 강력한 자기장을 사용하여 내부의 핵 분자 환경을 조사하는 장치인 핵자기 공명(NMR) 분광기를 사용하여 분자의 각 개별 원자까지 HMWP2 도메인 중 하나의 운동을 추적했습니다. 원자의 중심.

NMR은 종종 작은 단백질 구조를 결정하는 데 사용되지만 장치로 큰 단백질 내의 움직임을 추적하는 것은 어렵습니다. 이 문제를 극복하기 위해 NMR 과학자 Subrata Mishra 박사, 대학원생 Kenneth Marincin 및 박사후 연구원 Aswani Kancherla 박사를 포함한 Frueh의 팀은 자연적으로 발생하는 질소 형태인 질소-15와 탄소-13을 사용했습니다. 그리고 탄소 -- HMWP2 효소의 두 도메인에 플래그를 지정하고 효소가 천연 제품을 만들 때 발생하는 것처럼 두 번째 도메인이 수정되었을 때 한 도메인의 움직임 변화를 추적합니다.

"우리는 두 도메인이 두 번째 도메인이 수정될 때만 서로 결합한다는 것을 발견했습니다. 즉, 제품을 만드는 데 필요한 만큼만 참여하고 두 번째 도메인이 수정되지 않을 때 함께 시간을 낭비하는 것을 피할 수 있습니다."라고 Frueh는 말합니다. "어쨌든 첫 번째 영역은 두 번째 영역이 수정되는 시점을 감지할 수 있고, 우리는 이러한 인식 과정에서 동작이 역할을 하는지 여부를 조사하고자 했습니다."

그들은 또한 탄소-13c로 표시된 전체 도메인에서 움직임의 변화를 발견했는데, 두 번째 도메인과 결합하는 위치뿐 아니라 세 번째 도메인이 사용하는 두 번째 원격 결합 사이트에서도 발견되었습니다.

원자 수준에서 Frueh는 HMWP2의 이 두 사이트가 약 400억분의 1미터 떨어진 "멀리" 떨어져 있는 것으로 간주될 수 있다고 말합니다. 그리고 거리에도 불구하고 그들이 상호 작용하는 방식은 과학자들에게 특히 흥미로웠습니다.

움직임이 원격 사이트와의 상호 작용과 두 번째 도메인 변형의 감지를 촉진한다는 것을 보여주기 위해 과학자들은 과학자들이 확인한 두 사이트에서 멀리 떨어진 도메인 위치에서 돌연변이가 발생한 HMWP2 단백질을 유전적으로 조작했습니다. 따라서 돌연변이는 다른 도메인과 상호작용하는 부위의 능력을 직접적으로 차단하지 않았습니다.

"우리는 단백질 도메인이 구조적으로 안정적이지만 모든 움직임이 방해된다는 것을 발견했습니다."라고 Frueh는 말합니다. 돌연변이 단백질의 움직임 부족은 변형된 경우에도 다른 도메인과 결합하는 능력을 손상시켰으며, 이는 단백질 내의 움직임이 도메인이 함께 작동하는 데 필요함을 보여줍니다.

Frueh는 단백질 운동에 대한 자세한 지식은 과학자들이 단백질의 자연 활성 부위를 표적으로 삼지 않고 대신 단백질의 움직임을 정지시켜 비활성화하는 신약을 설계하는 데 활용될 수 있다고 지적합니다. 이러한 접근 방식은 원치 않는 부작용이 적은 약물을 설계할 수 있는 더 많은 여지를 제공할 수 있다고 그는 말합니다.

이를 위해 연구자들은 계산과 인공 지능이 단백질 움직임에 대한 이해와 예측을 향상시킬 수 있는 방법을 연구하고 있다고 Frueh는 말합니다.